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Energieeffizienz in der Warmwasserbereitung

  • Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von dezentralen Warmwasserbereitungssystemen, wobei der Fokus auf Energieeffizienz liegt. Als Vergleichs- und Referenzobjekt wird das Wohngebäude „KliNaWo“ mit 19 Wohneinheiten am Standort Feldkirch herangezogen, in welchem eine zentrale Warmwasserbereitung realisiert wurde. Als ersten Schritt werden die theoretischen Grundlagen hinsichtlich der zentralen und dezentralen Warmwasserbereitungs-systeme sowie der unterschiedlichen Wärmeerzeuger, Speichertechnologien und Verteilsysteme erarbeitet. Anschließend erfolgt eine Erläuterung der aktuellen Normensituation und den wichtigsten Fakten bezüglich Trinkwasserhygiene. Des Weiteren wird das Referenzobjekt „KliNaWo“ sowie die verwendeten Messdaten zur Kalibrierung der Simulationsmodelle beschrieben. Im nachfolgenden Kapitel erfolgt eine detaillierte Darstellung der zu untersuchenden Systeme, wobei es sich um das Wohnungssatellitensystem sowohl mit kontinuierlicher Beladung als auch im Ladefensterbetrieb sowie um dezentrale Boiler-Wärmepumpen handelt. Anschließend wird die verwendete Simulationssoftware Polysun erläutert und erklärt wie die Systeme in der Software abgebildet und welche Ersatzmodelle angewendet werden. Die Nutzenergie in Bezug auf das Warmwasser beträgt bei der zentralen Variante 20.584 kWh und ist bei allen dezentralen Systemen mit 20.142 kWh etwas geringer, da die Verteilverluste der Warmwasser-Einzelleitungen aufgrund des niedrigeren Temperaturniveaus geringer ausfallen. Da die rückgewinnbaren Wärmeverluste berücksichtigt werden, ergeben sich auch für den Heizwärmebedarf in Abhängigkeit der Variante unterschiedliche Werte im Bereich von 54.322 kWh bis 58.104 kWh. Als Vergleichsgröße wird der gesamte Stromverbrauch der Wärmepumpen inklusive der Förderpumpen herangezogen, welcher für die Deckung des Heizwärmebedarfs, der Verluste sowie des Energiebedarfs bezüglich Warmwasser notwendig ist. Aus dem Vergleich der Varianten ergibt sich, dass der Stromverbrauch des zentralen Systems mit 14.109 kWh am geringsten ausfällt und das Wohnungssatellitensystem im Ladefensterbetrieb mit einem Strombedarf von 14.441 kWh nur wenig darüber liegt. Beim Wohnungssatellitensystem mit kontinuierlicher Beladung und bei den Boiler-Wärmepumpen-Systemen liegen die Stromverbräuche deutlich höher. Anhand der Simulationsergebnisse kann festgestellt werden, dass die dezentralen Anlagenkonfigurationen unter Berücksichtigung der ÖNROM B 2531 nicht effizienter sind als das zentrale System, wobei das Wohnungssatellitensystem im Ladefensterbetrieb in derselben Größenordnung wie das zentrale System liegt. Allerdings sind beim Wohnungssatellitensystem höhere Investitionskosten gegenüber der zentralen Variante zu erwarten, wodurch das System wirtschaftlich schlechter abschneidet.
  • This master thesis refers to the investigation of decentralized domestic hot water systems focused on energy efficiency. The residential building "KliNaWo" in Feldkirch with 19 units, in which a central domestic hot water system was implemented, is used as comparison- and reference-object. As a first step, the theoretical principles regarding central and decentralized domestic hot water systems as well as the different heat generators, storage technologies and distribution systems will be developed. This is followed by an explanation of the current standards situation and the most important facts concerning drinking water hygiene. Furthermore, the reference-object "KliNaWo" and the measurement data, which are used to calibrate the simulation models, are described. In the following chapter a detailed description of the systems to be investigated is given. These are the residential satellite system with continuous loading and in charge window operation as well as decentralized boiler heat pumps. After that, the used simulation software Polysun is explained and declared how the systems are implemented in the software as well as which alternative models are used. The required energy in relation to domestic hot water is 20,584 kWh for the centralized system and somewhat lower for all decentralized systems at 20,142 kWh. The reason for this difference is the lower distribution losses of the single hot water pipes due to the lower temperature level. Because the recoverable heat losses are considered, different values in the range of 54,322 kWh to 58,104 kWh result for the heating demand depending on the variants. The total electricity consumption of the heat pumps including the feed pumps, which is necessary to cover the heating demand, losses and energy demand for domestic hot water, is used as a comparative figure. A comparison of the different variants shows that the electricity consumption of the central system is the lowest at 14,109 kWh and the residential satellite system in charge window operation is only slightly higher with an electricity requirement of 14,441 kWh. Electricity consumption is significantly higher for the residential satellite system with continuous loading and for boiler heat pump systems. On the basis of the simulation results, it can be concluded that the decentralized system configurations are not more efficient than the central system when ÖNROM B 2531 is considered, whereby the residential satellite system in charge window operation is in the same range as the central system. However, the investment costs for the residential satellite system are expected to be higher than for the centralized variant, which means that the system will be less cost-effective.

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Metadaten
Author:Alexander Tomasini
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-3708
Subtitle (German):Vergleich von dezentralen Systemen zur Warmwasserbereitung in Wohngebäuden
Title Additional (English):Energy efficiency in domestic hot water preparation
Advisor:Bernd Krauß
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Publishing Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Granting Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Release Date:2020/12/21
Tag:Boiler-Wärmepumpen; Energieeffizienz; Kombispeicher; Wohnungssatellitensystem; dezentrale Warmwasserbereitung
Number og pages:IX, 131
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Open Access?:ja
Course of Studies:Energietechnik und Energiewirtschaft
Licence (German):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz